JP5385414B2 - デジタルビデオ符号化処理における可変精度ピクチャ間タイミング指定方法及び装置 - Google Patents
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Description
ビデオ媒体は、オーディオに比べゆっくりとデジタル式記録及び伝送フォーマットに移行している。その大きな理由はデジタルフォーマットで正確にビデオ(画像)を表現するためには膨大な量のデジタル情報が必要だからである。ビデオを正確に表現・表示するために膨大な量のデジタル情報が必要であるということは、非常に大容量のデジタル記録システムと高帯域伝送システムが必要であることを意味する。
符号化の効率アップのために、表示時間差は可変長符号化システムまたは算術符号化処理を使用して符号化されてもよい。別の実施例では、表示時間差は伝送ビット数を減ずるために2のべき乗として符号化される。
本発明のその他の目的、特徴及び利点・効果は添付図面と以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
図1は典型的なデジタルビデオエンコーダ100のハイレベルブロック図であり、当該技術分野では周知のものである。デジタルビデオエンコーダ100は、入力ビデオフレームストリーム105をブロック図の左において受信する。各ビデオフレームは離散コサイン変換(DCT)ユニット110により処理される。フレームは独立して処理されてもよいし(イントラフレーム符号化処理)、動き補償ユニットから受信される他のフレームからの情報を参照して処理されてもよい(インターフレーム符号化処理)。次に、量子化(Q)ユニット120がDCTユニット110からの情報を量子化する。最後に、量子化されたビデオフレームが、エントロピーエンコーダ(H)ユニット180により符号化され、符号化されたビットストリームを生成する。エントロピーエンコーダユニット180は可変長符号化(VLC)システムを使用してもよい。
幾つかのビデオ信号では、連続するビデオピクチャ(フレームまたはフィールド)の間の時間は一定ではない(尚、本明細書では、ビデオピクチャという用語をビデオフレームまたはビデオフィールドの意味で使用している)。例えば、幾つかのビデオピクチャは伝送帯域制限により欠落させられる場合がある。また、ビデオタイミングも、カメラの不均一性のため、あるいは、スローモーションやファーストモーション等の特殊な処理のために、一定ではない。幾つかのビデオストリームでは、もとのビデオソースが不均一なピクチャ間時間を単に設計上の理由で有している場合もある。例えば、コンピュータグラフィックアニメーション等の合成ビデオは、不均一なタイミングを有している。なぜなら、均一なビデオ記録システム(例えば、ビデオカメラシステム)では任意のビデオタイミングを作ることができないからである。フレキシブルなデジタルビデオ符号化システムは不均一なタイミングで処理を行うことができなければならない。
多くのデジタルビデオ符号化システムはビデオピクチャを複数のマクロブロックからなる長方形グリッドに分割する。ビデオピクチャの各マクロブロックは独立して圧縮され符号化される。幾つかの実施例では、マクロブロックのサブブロック(画素ブロックとして知られている)が用いられる。このような画素ブロックはそれ自身の動きベクトル(内挿されたもの)を有することもある。本発明の教示はマクロブロックと画素ブロックに等しく適用できるが、この明細書ではマクロブロックについて説明をする。
1.Iマクロブロック。 イントラ(I)マクロブロックが符号化処理の際に他のビデオピクチャからの情報を全く使用しない。これは、完全な自己定義型である。
2.Pマクロブロック。 順方向型の予測(P)マクロブロックが1つの前のビデオピクチャからのピクチャ情報を参照する。
3.Bマクロブロック。 双方向型の予測(B)マクロブロックが1つの前の(過去の)ピクチャと1つの後の(未来の)ビデオピクチャからの情報を使用する。
符号化されるビデオピクチャのシーケンスの一例は以下のようになる。
I1B2B3B4P5B6B7B8B9P10B11B12B13I14...
ここで、I、P及びBという文字は、ビデオピクチャがIフレーム、Pフレーム及びBフレームであることを意味し、数字はビデオピクチャシーケンスのビデオピクチャのカメラ順序を示す。カメラ順序とは、カメラがビデオピクチャを記録する順であり、従って、ビデオピクチャが表示されるべき順序(表示順)でもある。
図2の場合、他のピクチャからの情報はイントラフレームビデオピクチャI1を符号化する際に全く使用されていない。ビデオピクチャP5が、前のビデオピクチャI1からのビデオ情報を符号化の際に使用しているPフレームであり、矢印がビデオピクチャI1からビデオピクチャP5に延びている。ビデオピクチャB2、ビデオピクチャB3及びビデオピクチャB4は全て、符号化の際、ビデオピクチャI1とビデオピクチャP5からの情報を使用しており、矢印はビデオピクチャI1とビデオピクチャP5からビデオピクチャB2、ビデオピクチャB3及びビデオピクチャB4にそれぞれ延びている。上述したように、ピクチャ間時間は一般に同一ではない。
Bピクチャは未来のピクチャ(後で表示されるピクチャ)からの情報を使用しているので、伝送順序は通常、表示順序と異なる。つまり、他のビデオピクチャを構成するのに必要なビデオピクチャがまず伝送されなければならない。上記したシーケンスについて言えば、伝送順は以下のようになるだろう。
I1P5B2B3B4P10B6B7B8B9P12B11I14B13...
図3に示されるように、このシステムはまず、他のフレームに依存していないIフレームI1を伝送する。次に、このシステムは、ビデオピクチャI1に依存するPフレームビデオピクチャP5を伝送する。ビデオピクチャB2はビデオピクチャP5の前に表示されるものであるが、このシステムは、ビデオピクチャP5の後にBフレームビデオピクチャB2を伝送する。その理由は、B2をデコードする時がきたとき、デコーダは、ビデオピクチャB2をデコードするのに必要なビデオピクチャI1とP5の中の情報をすでに受信して格納していることになるからである。同様に、ビデオピクチャI1とP5を使用して次のビデオピクチャB3とビデオピクチャB4をデコードする準備ができていることになる。レシーバ兼デコーダは、適正な表示ができるようにビデオピクチャシーケンスを記録する。この動作において、Iピクチャ及びPピクチャはしばしば記録ピクチャ(stored picture)と称される。
各動きベクトルも、予測符号化処理により伝送してもよい。例えば、動きベクトル予測は、近傍の動きベクトルを使用して行ってもよい。この場合、実際の動きベクトルと予測動きベクトルの差が、符号化されて伝送される。
しかし、Bマクロブロックの場合、最も近い記録ピクチャマクロブロックの動きベクトルから動きベクトルを内挿する機会がある。このような内挿は、デジタルビデオエンコーダとデジタルビデオデコーダの双方で実行される。
この動きベクトル内挿は、カメラが静止背景にゆっくり近づいたり遠のいたりするときのビデオシーケンスのビデオピクチャに非常に有効である。事実、このような動きベクトル内挿はそれ単独で利用してもよいくらいである。つまり、これは、内挿を使用して符号化される上記Bマクロブロック動きベクトルに関して、差分情報を計算したり伝送したりする必要が無いことを意味する。
、以下のようになる。
Di,j = Ti − Tj
これから以下の式が導き出せる。
Di,k = Di,j + Dj,k
Di,k = −Dk,i
但し、Di,jは負の値であるときもある。
よって、もしMV5,1がI1を参照するP5マクロブロックの動きベクトルであるならば、B2、B3及びB4の対応マクロブロックについては、I1とP5を参照する動きベクトルはそれぞれ以下のように内挿される。
MV2,1 = MV5,1*D2,1/D5,1
MV5,2 = MV5,1*D5,2/D5,1
MV3,1 = MV5,1*D3,1/D5,1
MV5,3 = MV5,1*D5,3/D5,1
MV4,1 = MV5,1*D4,1/D5,1
MV5,4 = MV5,1*D5,4/D5,1
尚、表示時間の比率が動きベクトル予測に使用されているので、表示時間の絶対値は不要である。よって、相対的な表示時間をDi,j表示時間値に使用することができる。
MV3,1 = MV2,1*D3,1/D2,1
このような動きベクトル外挿(または内挿)を、動きベクトルの予測符号化のための予測プロセスに使用してもよい。
ライスヘッダで)。もし全てのスライスヘッダがなくなったならば、多分、情報を復号するためになくなったピクチャに依存する他のピクチャも、復号することができなくなるだろう。
従って、上記の場合、以下のものを伝送する。
D5,1D2,5D3,5D4,5D10,5D6,10D7,10D8,10D9,10D12,10D11,12D14,12D13,14...
D7,5 = 2 と D6,7 = −1
ここで、Di,j表示時間値は相対的な時間値である。もしそうではなく、ビデオピクチャB6がビデオピクチャP5とビデオピクチャP7の距離の1/4しか離れていなければ、伝送すべき適切なDi,j表示時間値は以下のようになる。
D7,5 = 4 と D6,7 = −1
尚、上記した2つの事例では、ビデオピクチャB6とビデオピクチャP7の間の表示時間が表示時間の1単位(1表示時間単位)とし使用され、ビデオピクチャP5とビデオピクチャP7の間の表示時間差は4表示時間単位になる。
ピクチャ間時間が2のべき乗である場合、もしピクチャ間時間の全ての値の代わりに2の整数乗の値(べき数)だけが伝送されるとしたら、データビットの数を減らすことができる。図4はピクチャ同士の間の距離が2のべき乗とされた場合を図式的に示している。この場合、ビデオピクチャP1とビデオピクチャP3の間のD3,1表示時間値の2は1として伝送され(なぜなら21=2)、ビデオピクチャP7とビデオピクチャP3の間のD7,3表示時間値の4は2として伝送される(なぜなら22=4)。
ピクチャ間時間Di,jは単に、単純な符号付整数値として伝送されることもある。しかし、多くの方法を利用してDi,j値を符号化して更なる圧縮をしてもよい。例えば、可変符号長を伴う符号ビットは比較的簡単に実行でき、符号化効率も良い。
1 = 1
2 = 010
3 = 011
4 = 00100
5 = 00101
6 = 00110
7 = 00111
8 =0001000
ピクチャ間時間を符号化する別の方法としては、算術符号化処理を利用するものがある。典型的には、算術符号化処理は条件付確率を用いてデータビットを非常に高い圧縮度で圧縮する。
上述の記載においては、マルチメディア圧縮及び符号化システムにおける可変精度ピクチャ間時間指定システムを説明した。尚、当事者であれば、本発明の範囲から離れることなく、本発明の構成要素の材料や構成等に変更を為すことができるであろう。
105 入力ビデオフレームストリーム
110 離散コサイン変換(DCT)ユニット
120 量子化(Q)ユニット
130 逆量子化(Q−1)ユニット
140 逆DCT(DCT−1)ユニット
150 動き補償(MC)ユニット
160 動き予測(ME)ユニット
180 エントロピーエンコーダユニット
190 レートコントローラ
Claims (18)
- 方法であって、
複数のビデオピクチャを符号化するステップであって、符号化された特定のビデオピクチャは近傍のビデオピクチャを参照するピクチャ間時間に関連付けられている、ステップと、
前記特定のビデオピクチャに関連付けられた複数のスライスヘッダを符号化するステップであって、前記複数のスライスヘッダの各スライスヘッダは前記ピクチャ間時間の符号化インスタンスを含み、前記ピクチャ間時間の各インスタンスは2の累乗の指数を用いて符号化される、ステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記近傍のビデオピクチャは、別のビデオピクチャを参照するマクロブロックを含まないIビデオピクチャである
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ピクチャ間時間は、ビデオピクチャのシーケンスにおける前記特定のビデオピクチャの表示順序を示す
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ピクチャ間時間は、前記特定のビデオピクチャを符号化するための動きベクトルを算出するために使用される
ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 方法であって、
符号化された複数のビデオピクチャを受信するステップであって、符号化された特定のビデオピクチャは近傍のビデオピクチャを参照するピクチャ間時間に関連付けられている、ステップと、
前記特定のビデオピクチャに関連付けられた複数のスライスヘッダを受信するステップであって、前記複数のスライスヘッダの各スライスヘッダは前記ピクチャ間時間の符号化インスタンスを含み、前記ピクチャ間時間の各インスタンスは2の累乗の指数を用いて符号化されている、ステップと、
前記ピクチャ間時間を用いて前記特定のビデオピクチャを復号するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記近傍のビデオピクチャは、別のビデオピクチャを参照するマクロブロックを含まないIビデオピクチャである
ことを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 前記ピクチャ間時間は、ビデオピクチャのシーケンスにおける前記特定のビデオピクチャの表示順序を示す
ことを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 前記ピクチャ間時間は、前記特定のビデオピクチャを復号するための動きベクトルを算出するために使用される
ことを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 方法であって、
符号化された複数のビデオピクチャを受信するステップと、
特定のビデオピクチャのピクチャ間時間に関する符号化表現の2以上のインスタンスを受信するステップであって、前記ピクチャ間時間は前記特定のビデオピクチャと近傍のビデオピクチャとの間のタイミング差を表し、前記ピクチャ間時間の各インスタンスは2の累乗の指数を用いて符号化されている、ステップと、
前記ピクチャ間時間を用いて前記特定のビデオピクチャを復号するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記ピクチャ間時間は、ビデオピクチャのシーケンスにおける前記特定のビデオピクチャの表示順序を示す
ことを特徴とする請求項9に記載の方法。 - 前記近傍のビデオピクチャは、別のビデオピクチャを参照するマクロブロックを含まないIビデオピクチャである
ことを特徴とする請求項9に記載の方法。 - 前記ピクチャ間時間は、前記特定のビデオピクチャを復号するための動きベクトルを算出するために使用される
ことを特徴とする請求項9に記載の方法。 - 方法であって、
特定のビデオピクチャのピクチャ間時間に関する表現の2以上のインスタンスを符号化するステップであって、前記ピクチャ間時間は前記特定のビデオピクチャと近傍のビデオピクチャとの間のタイミング差を表し、前記ピクチャ間時間の各インスタンスは2の累乗の指数を用いて符号化される、ステップと、
前記ピクチャ間時間を用いて前記特定のビデオピクチャを符号化するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記ピクチャ間時間は、ビデオピクチャのシーケンスにおける前記特定のビデオピクチャの表示順序を示す
ことを特徴とする請求項13に記載の方法。 - 前記近傍のビデオピクチャは、別のビデオピクチャを参照するマクロブロックを含まないIビデオピクチャである
ことを特徴とする請求項13に記載の方法。 - 前記ピクチャ間時間は、前記特定のビデオピクチャを符号化するための動きベクトルを算出するために使用される
ことを特徴とする請求項13に記載の方法。 - 少なくとも1つのプロセッサによって実行可能なコンピュータプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な媒体であって、前記コンピュータプログラムは、請求項1乃至16のいずれか1項に記載の方法を実施する命令セットを含む
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 請求項1乃至16のいずれか1項に記載の方法の各ステップを実装する手段を備える
ことを特徴とするコンピュータシステム。
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